Bateria de Sofre-Liti.

Les bateries de sofre de liti, semblen ser un dels successors ideals de les antigues bateria d'ió de liti.  Teòricament, podrien emmagatzemar fins a cinc vegades més energia per unitat de masa. 

Per tant, el seu baix pes les fa ideals per a avions elèctrics: Les empreses com Sion Power i Oxis Energy, han començat a provar les seves bateries de liti-sofre en els avions. Es preveu que siguin barates donat al ús del sofre en lloc dels metalls de terres rares que es fan servir avui en dia en les càtodes.

Afegeix un títol

Tot i així,  la tecnologia encara no és comercial, principalment a causa de la seva curta vida útil. El càtode comença a degenerar després de només 40 a 50 cicles de càrrega.

Per dissenyar una nova estructura robusta de càtodes, els investigadors han fabricat una bateria de sofre de liti que es pot recarregar diversos centenars de vegades. Les cèl·lules tenen una capacitat d’energia quatre vegades més gran que la de l’ió de liti, que sol mantenir te, entre 150 i 200 watts-hora per quilogram (Wh / kg). Si es pot aplicar per dispositius comercials, això pot significar que una bateria  podria alimentar un smartphone durant cinc dies sense necessitat de recarregar o també, quadruplicar la capacitat del cotxes elèctrics.

Per ara, això és poc probable que passi, ja que la capacitat d’energia disminueix quan s’uneixen les cèl·lules a les bateries. Però l'equip encara espera un "augmentar el doble de nivell de bateria quan aquesta nova bateria sigui introduïda al mercat.

En termes de bateria, durant la descàrrega el càtode absorbeix una gran quantitat d’ió de liti, formant sulfur de liti. Però en el procés, el càtode augmenta molt el seu volum, i després es contrau quan els ions han estat alliberat  durant la càrrega de la bateria. Aquest canvi repetit de volum  provoca un estrès el càtode.

font: Expoeolic.net

Per resoldre això, es va veure que si el càtode necessita espai entre els altres elements. Això es possible reduint la quantitat d’aglutinant al càtode. El sofre no és conductor, de manera que es pot  afegir carboni al càtode, i també a l’anella que uneix el sofre al carboni. Però, en un càtode convencional, l’aglutinant crea una xarxa densa continuada que limita l'espai lliure.

Per controlar detingudament com s’afegeix i processa l’enllaç, es va fer una xarxa webby que utilitza una quantitat mínima d’aglutinant per a unir les partícules de carboni i sofre. Això deixa un espai més gran per adaptar-se als canvis en l'estructura i redueix l'estrès resultant.

La durada de la bateria disminueix a mesura que les cel·les augmenten. Les grans cel·les de l'equip van durar 100 cicles de descàrrega. Per assolir l'objectiu de 500 cicles, són essencials els mateixos avenços en l'estabilització de l'elèctrode de liti.

Font: Monash University

Tot i així, s'espera poder introduir un producte pràctic per al mercat en els propers quatre anys. Per això, s'ha presentat una patent  ja que es preveu fabricar prototips més grans per provar en cotxes i per acumularà la generació solar a Austràlia aquest any.

Font: Monash Universtity

El retorn de la bateria de Li-metall.

Les bateries d'ió de liti, estan per a tot arreu: es poden veure en aparells, vehicles, robots i en sistemes emmagatzematge de xarxes elèctriques. La producció mundial, actualment se situa en unes 160 GWh a l'any. 

No obstant, les bateries d’ió de liti queden lluny de ser perfectes. Encara són massa cares per a aplicacions que necessiten emmagatzematge a llarg termini i cal gestionar el risc a incendiar-se. Moltes formes d'aquestes bateries, depenen dels materials els quals, cada cop són més difícils d’aconseguir, com és el cas del cobalt i el níquel. Entre els experts en bateries, hi ha consens en el pensament en que algun dia haurà de venir alguna cosa millor.

Font: Edmon de Haro

És possible que una part de la solució passi  per l’anterior predecessor de la bateria d’ió-liti: la bateria de liti-metall. Va ser desenvolupada als anys 70 per M. Stanley Whittingham , que llavors era químic a Exxon. El liti metall, és atractiu com un material de la bateria, però el disseny de Whittingham va resultar massa complicat per comercialitzar-se: el liti és molt reactiu, i el disulfur de titani que va utilitzar per al càtode era car. Whittingham i altres investigadors van afegir grafit al liti, permetent que el liti s’intercalés i reduís la seva reactivitat, i van canviar a materials més barats per al càtode. I així va néixer la bateria d’ió de liti. Mentrestant, les piles amb ànodes de liti-metall semblaven destinades a seguir sent  interessants.

Però gràcies a XNRGI , amb seu a Bothell, Wash,  per voler incorporar les bateries de liti-metall, resulta que el seu equip de R+D, va aconseguir controlar la reactivitat del liti metàll dipositant-lo en un substrat de silici recobert de pel·lícules primes i gravat amb milions de minúscules cel·les. El substrat 3D, va augmentar considerablement la superfície de l’ànode en comparació amb l’ànode  tradicional bidimensional d’ió de liti.

Font: Advantech

La companyia preveu començar  la producció comercial de les seves bateries de liti-metall de baix volum per als vehicles elèctrics i també, per l'electrònica de consum sense perdre de vista les opcions de bateries per aplicacions de xarxes elèctriques. Recentment, es va signar un acord per constituir una empresa conjunta amb la start-up canadiana Cross Border Power, per vendre i distribuir les seves bateries a clients de distribuïdors nord-americans.

Comercialitzar qualsevol nova bateria és un repte complicat, depèn de quantes mètriques intentes cal satisfer. Per a un cotxe elèctric, la bateria ideal ofereix una autonomia de diversos centenars de quilòmetres, temps de càrrega mesurats en minuts, una àmplia gamma de temperatures de funcionament, un cicle de vida de deu anys i seguretat en cas de col·lisions, i per descomptat, a baix cost.

Com més mètriques es necessitin, més difícil serà per a una nova tecnologia de bateries poder satisfer-les totes. Per tant, cal un compromís; potser si la bateria ha de durar deu anys, llavors, l’interval de conducció serà més limitat, i no es podrà carregar tan ràpidament.  Segur que en funció de les mètriques, generarà mètriques diferents.

Font: Facilities Net

La comercialització de bateries de XNRGI no ha estat fàcil, però hi han diversos factors que van suposar una oportunitat per a l'empresa. En lloc d’inventar un nou mètode de fabricació, es van manllevar algunes de les mateixes tècniques reals provades  que els fabricants de xip fan per fer circuits integrats. 

Cadascuna d'aquestes cèl·lules microscòpiques, pot ser considerada una microbateria. A diferència de fallades greus que es produeixen quan es falla una bateria d'ió de liti, un error en una cel·la de PowerChip no es propagarà a les cel·les circumdants. Sembla també que les cel·les no presenten formacions de dendrites que poden causar fallades en la bateria.

Algunes tendències de les bateries d’iós de liti, com les produïdes pels fabricats per Enovix, Nexeon, Sila Nanotecnologies i SiON Power, també aconsegueixen un millor rendiment substituint part o la totalitat del grafit de l’ànode, per silici. Per exemple, per millorar la capacitat de la bateria d'ió de liti fins a un 70%, cal afegir silicona. En els ànodes de les bateries, el liti s'intercala amb el silici, unint-se per formar Li 15 Si 4 .

Al PowerChip de XNRGI, el substrat de silici té un recobriment conductor que actua com a col·lector de corrent i una barrera de difusió que impedeix que el silici interactui amb el liti. 

Llavors, la capacitat de l'ànode de liti-metall és aproximadament cinc vegades la dels ànodes intercalats amb silici.

Font: XNRI

Mix energètic per a petites comunitats.

De les energies solar tèrmica, la geotèrmica i fotovoltaica, quina és la millor manera d’abastiment d’energia per a un municipi en concret? 

Representants de petites comunitats estan preocupats sobre la diversa informació en materia energètica. PEr això, una nova eina on-line de Fraunhofer ajuda  a aclarir aquests dubtes. L’eina calcula el mix d’energia òptima per a cada cas, incloses les possibilitats de finançament.

Font: Deloite

La transició cap a una nova economia energètica és imminent. No obstant això, sovint els representants de les petites comunitats no acaben de saber quina és la millor solució per a ells a causa de la manca de recursos i de coneixements.  Quina és l'adequada per a una comunitat i quin percentatge pot aportar cada tecnologia a les necessitats energètiques de la comunitat? Hi ha oportunitats de finançament?

Aquesta nova eina,  analitza necessitats i possibilitats

Els investigadors de la Branca Tecnològica de sistemes avançats de l'Institut Fraunhofer d'Optrònica, Tecnologies del Sistema i Explotació d'Imatges IOSB-AST, han desenvolupat una eina informàtica que analitza les necessitats i les oportunitats d'una comunitat especial. L' eina d' optimització és un dels principals resultats del projecte  gràcies al modelatge energètic tecnològic i econòmic: modTRAIL. Amb aquest projecte, alcaldes de petites comunitats  poden conèixer les possibilitats tècniques disponibles per a la transició cap a una nova economia energètica i les oportunitats corresponents de finançament. La informació que reben, està adaptada específicament a la seva comunitat. L'eina utilitza un mix de fonts d'energia convencionals i renovables per calcular la solució optimitzada per a la generació de calor i electricitat de la comunitat. 

Font: Institut Fraunhofer 

Aquesta innovadora eina on-line, pot ajudar a implementar mesures per a la transició regional cap a una nova economia energètica. Font: Fraunhofer IOSB-AST / Martin Käßler

En quatre municipis situats a l'estat federal alemany de Turingia amb menys de deu mil habitants (a saber, Kahla, Werther, Neumark i Großobringen), els investigadors ja estan provant l'eina. El procediment per als que prenen decisions a les comunitats és el següent: 

1.- Introduir el nom del  municipi, per la qual cosa es rreben els detalls sobre la demanda d’electricitat i calefacció.

2.- Especificar les preferències per al subministrament elèctric i de calefacció futurs. Això vol dir, escollir, quines tecnologies els agradaria fer servir i quines preferirien descartar.  Hi ha nombroses opcions per triar, incloent energia solar i eòlica, bateries i unitats d’emmagatzematge tèrmic, calderes de gas i gas de condensació, bombes de calor de l’aire i bombes de calor geotèrmica. 

L'eina també permet introduïr altres preferècnies per la pressa de decissions com per exemple, minimitzar l'impcate de les emissions de CO2,  O sobre els costos de compra de l’energia. 

Font: HeritagetTribune.eu

A partir d’aquesta priorització, l’eina, determina el mix d’energia de les centrals d’energia. Per exemple, pot ser una combinació de plantes fotovoltaiques, bateries i sistemes d’emmagatzematge tèrmic i centrals tèrmiques o  combinades. La producció també inclou els costos d’instal·lació i el funcionament, dels costos d’adquisició d’energia, la quantitat d’ emissions de CO 2 i les possibilitats de finançament disponibles.

Amb aquesta eina d'optimització, es vol iniciar el procés i mostrar als alcaldes de les petites comunitats el potencial que ofereixen les fonts d'energia renovables per als seus municipis. Els investigadors de Fraunhofer IOSB-AST van utilitzar perfils de càrrega estàndard per a les llars, així com les sèries horàries per a fonts d'energia renovables registrades pel Servei Meteorològic. Per a comunitats com Turingia amb menys de 10.000 habitants, les dades necessàries ja estan  al sistema. 

El model d’optimització desenvolupat forma part del programari on-line del projecte  de recerca “Transformació en àrees rurals” (TRAIL). L’objectiu  del projecte,  és motivar un gran nombre de petites  comunitats a involucrar-se plenament amb les qüestions de subministrament energètic eficient mitjançant l’ajuda de l’eina d’optimització , que és fàcil d’utilitzar. 

Font: Institut Fraunhofer.